RU2275740C1

RU2275740C1 - Digital-analog transformer

Info

Publication number: RU2275740C1
Application number: RU2004133311/09A
Authority: RU
Inventors: Борис Иванович Волков (RU); Борис Иванович Волков
Original assignee: Борис Иванович Волков
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-04-27
Also published as: RU2004133311A

Abstract

FIELD: engineering of analog-discontinuous transformers, mainly, engineering of digital-analog transformers, possible use for transformation of codes to analog signals.

SUBSTANCE: device has register, pulse amplifiers block, matrix of light diodes, objective, photo-detector, operational amplifier.

EFFECT: increased speed of operation, decreased error of transformation.

2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к аналого-дискретным преобразователям, а именно к цифроаналоговым преобразователям, и может использоваться для преобразования кодов в аналоговые сигналы.The invention relates to analog-discrete converters, namely to digital-to-analog converters, and can be used to convert codes to analog signals.

Прототипом принят цифроаналоговый преобразователь [1, с.322], включающий регистр, источник эталонного напряжения, ключи по числу разрядов регистра, декодирующую сетку из параллельно включенных резисторов, значения сопротивлений которых соответствуют весам разрядов двоичной системы счисления, и операционный усилитель. Преобразование кода в напряжение выполняется подключением соответствующими ключами источника эталонного напряжения к декодирующей сетке. Погрешность преобразования до 0,1% при скорости 10⁶ преоб/с, [1, с.324]. Недостатки прототипа: недостаточная точность преобразования и низкое быстродействие.The prototype adopted a digital-to-analog converter [1, p. 322], which includes a register, a source of reference voltage, keys for the number of bits of the register, a decoding grid of parallel-connected resistors, the resistance values of which correspond to the weights of the bits of the binary system, and an operational amplifier. The conversion of the code into voltage is performed by connecting the corresponding voltage source of the reference voltage to the decoding grid. The conversion error is up to 0.1% at a speed of 10 ⁶ prev / s, [1, p. 324]. The disadvantages of the prototype: insufficient conversion accuracy and low speed.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразования и повышение его точности.The purpose of the invention is to increase the speed of conversion and increase its accuracy.

Техническим результатом являются увеличение быстродействия до 55·10⁶ преоб/с и уменьшение погрешности, достигаемые высоким быстродействием излучающих светодиодов и гальванической развязкой между цифровой и аналоговой частями преобразователя.The technical result is an increase in speed up to 55 · 10 ⁶ prev / s and a reduction in error achieved by high speed emitting LEDs and galvanic isolation between the digital and analog parts of the converter.

Сущность изобретения в том, что в цифроаналоговый преобразователь, содержащий регистр и операционный усилитель, введены блок импульсных усилителей, матрица светодиодов, объектив и фотоприемник.The essence of the invention is that a block of pulse amplifiers, an LED matrix, a lens and a photodetector are introduced into a digital-to-analog converter containing a register and an operational amplifier.

Функциональная схема ЦАП на фиг.1, матрица светодиодов на фиг.2. Цифроаналоговый преобразователь (фиг.1) включает регистр 1, блок 2 импульсных усилителей (по числу светодиодов), матрицу 3 светодиодов, входы которых подключены к выходам соответствующих импульсных усилителей в блоке 2, объектив 4, фотоприемник 5 и операционный усилитель 6. Регистр 1 представляет собой 8-разрядный параллельный регистр, микросхема К1500 ИР141 с временем срабатывания 5 нс [2, с.437]. Блок 2 импульсных усилителей содержит импульсных усилителей по числу светодиодов (в данном варианте 9 штук). В качестве импульсных усилителей в блоке 2 применяются буферные усилители-формирователи микросхемы 533АП6 [2, с.128] с временем срабатывания 18 нс. Матрица 3 светодиодов содержит 9 светодиодов, в качестве которых применяются яркие светодиоды КИПД80Т-1Б с силой света 3 кд при токе 20 мА с диаметром корпуса 3 мм [3, с.47]. Распределение светодиодов и их нейтральных светофильтров, определяющих вес разряда в коде, в таблице. Светодиоды сведены в матрицу (фиг.2). Объектив 4 собирает излучение светодиодов и суммирует их во входном окне фотоприемника 5, в качестве которого применяется фотодиод на р-i-n структуре с временем нарастания и спада фототока до 1 нс [4, с.117].Functional diagram of the DAC in figure 1, the matrix of LEDs in figure 2. The digital-to-analog converter (Fig. 1) includes register 1, block 2 of pulse amplifiers (by the number of LEDs), a matrix of 3 LEDs whose inputs are connected to the outputs of the corresponding pulse amplifiers in block 2, lens 4, photodetector 5, and operational amplifier 6. Register 1 represents an 8-bit parallel register, the K1500 IR141 chip with a response time of 5 ns [2, p. 437]. Block 2 of pulse amplifiers contains pulse amplifiers according to the number of LEDs (in this version, 9 pieces). As pulse amplifiers in block 2, buffer amplifiers-shapers of the 533AP6 microcircuit are used [2, p.128] with a response time of 18 ns. The matrix of 3 LEDs contains 9 LEDs, which are bright LEDs KIPD80T-1B with a light intensity of 3 cd at a current of 20 mA with a case diameter of 3 mm [3, p. 47]. The distribution of LEDs and their neutral filters, which determine the weight of the discharge in the code, in the table. LEDs are summarized in a matrix (figure 2). The lens 4 collects the radiation of the LEDs and summarizes them in the input window of the photodetector 5, which is used as a photodiode on the p-i-n structure with a rise and fall time of the photocurrent up to 1 ns [4, p. 117].

Сигнал с фотоприемника 5 поступает на вход операционного усилителя 6, в качестве которого применяется операционный усилитель с непосредственными связями (ОУ-НС) [5, с.144).The signal from the photodetector 5 is fed to the input of the operational amplifier 6, which is used as an operational amplifier with direct connections (OU-NS) [5, p. 144).

Таблица распределения по весам 8-и разрядов светодиодов и их нейтральных светофильтров:The distribution table for the weights of 8 bits of LEDs and their neutral filters: № разряда в кодеDischarge number in code 1 старший разряд1 senior rank 22 33 4four 55 66 77 8 младший разряд8 low order число светодиодовnumber of LEDs 22 1one 1one 1one 1one 1one 1one 1one кратность светофильтраfilter factor -- -- 2^х 2 ^x 4^х 4 ^x 8^х 8 ^x 16^х 16 ^x 32^х 32 ^x 64^х 64 ^x

Работа ЦАП.DAC operation.

На вход регистра 1 коды поступают в параллельном виде. С выхода регистра 1 сигналы кода поступают в соответствующие импульсные усилители блока 2, с выхода которого сигналы кода соответственно весам разрядов поступают в матрицу на свои светодиоды. С приходом сигналов кода светодиоды выполняют излучение в течение длительности сигнала кода. Объектив 4 собирает излучения светодиодов матрицы 3 и направляет их во входное окно фотоприемника 5, сигнал с которого поступает на вход операционного усилителя 6, с выхода которого аналоговый сигнал следует по назначению. Суммарный поток излучения светодиодов матрицы 3 прямо пропорционален величине кода, величина же аналогового сигнала с выхода операционного усилителя прямо пропорциональна световому потоку с матрицы 3 светодиодов, т.е. каждый код точно соответствует определенной величине аналогового сигнала с выхода ЦАП. Быстродействие заявленного ЦАП не зависит от числа разрядов в коде и определяется быстродействием срабатывания импульсных усилителей в блоке 2. С применением микросхем 533АП6 с временем срабатывания 18 нс (у регистра, светодиодов и фотоприемника быстродействие значительно выше) быстродействие ЦАП составляет 55·10⁶ преобр/с, в 50 раз выше, чем у прототипа:

Погрешность работы в связи с отсутствием резисторов, ключей и эталонного источника напряжения, как в прототипе, будет меньше и определяется температурным дрейфом нуля в операционном усилителе, составляющим до 5 мкВ/°С [5, с.145, табл.6.1]. Гальваническая развязка между цифровой частью ЦАП и аналоговой исключает влияние действия шумов на операционный усилитель.At the input of register 1, the codes are received in parallel. From the output of register 1, the code signals are sent to the corresponding pulse amplifiers of unit 2, from the output of which the code signals, respectively, according to the weights of the bits, are supplied to the matrix by their LEDs. With the arrival of code signals, the LEDs emit during the duration of the code signal. The lens 4 collects the radiation of the LEDs of the matrix 3 and directs them to the input window of the photodetector 5, the signal from which is fed to the input of the operational amplifier 6, from the output of which the analog signal follows its intended purpose. The total radiation flux of the LEDs of the matrix 3 is directly proportional to the value of the code, while the value of the analog signal from the output of the operational amplifier is directly proportional to the light flux from the matrix of 3 LEDs, i.e. each code corresponds exactly to a certain value of the analog signal from the DAC output. The performance of the claimed DAC does not depend on the number of bits in the code and is determined by the response speed of the pulse amplifiers in block 2. Using 533AP6 microcircuits with a response time of 18 ns (the register, LEDs and photodetector have significantly higher response speeds), the DAC performance is 55 · 10 ⁶ converters / s 50 times higher than that of the prototype:

The operational error due to the absence of resistors, switches and a reference voltage source, as in the prototype, will be less and is determined by the temperature drift of zero in the operational amplifier, up to 5 μV / ° C [5, p.145, table 6.1]. Galvanic isolation between the digital part of the DAC and analog excludes the influence of noise on the operational amplifier.

Заявляемое устройство может быть использовано в качестве ЦАП в цифровых системах телевидения, радиовещания, в проигрывателях DVD, CD и в персональных компьютерах. Для преобразования кодов с большим числом разрядов потребуется ввести больше импульсных усилителей в блок 2 и соответственно больше светодиодов в матрицу 3.The inventive device can be used as a DAC in digital television, radio broadcasting systems, in DVD, CD players and in personal computers. To convert codes with a large number of digits, it will be necessary to introduce more pulse amplifiers in block 2 and, accordingly, more LEDs in matrix 3.

Источники информацииInformation sources

1. В.Н.Тутевич. Телемеханика. М., 1985, с.322-324, прототип.1. V.N. Tutevich. Telemechanics. M., 1985, p. 322-324, prototype.

2. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник, Минск, 1991, с.125, 127, 128, 437.2. Digital integrated circuits. Handbook, Minsk, 1991, p.125, 127, 128, 437.

3."Радио" № 9, 2004, с.47.3. Radio, No. 9, 2004, p. 47.

4. В.И.Иванов, А.И.Аксенов, А.М.Юшин. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник, М., 1984, с.117.4. V.I. Ivanov, A.I. Aksenov, A.M. Yushin. Semiconductor optoelectronic devices. Handbook, M., 1984, p. 117.

5. Справочник по средствам автоматики. Под ред. В.Э.Низэ, М., 1983, с.144-145, табл.6.1.5. Handbook of automation. Ed. V.E. Nize, M., 1983, p. 144-145, table 6.1.

Claims

A digital-to-analog converter (DAC) containing a register, the inputs of which are inputs of the DAC, and an operational amplifier, the output of which is the output of the DAC, characterized in that a series-connected block of pulse amplifiers, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the register, and a matrix of LEDs, the lens and the photodetector, the output of which is connected to the input of the operational amplifier, in the rear focal plane of the lens is the emitting side of the LED matrix, in the front focal plane STI lens located the entrance window of the photodetector.